第一章 可编程序控制器概述

2020/2/27第一章可编程序控制器概述本章主要内容…1.1可编程序控制器的产生、定义及发展1.2可编程序控制器的主要功能及特点1.3可编程序控制器的分类1.4可编程控制器的应用领域2020/2/27一、可编程序控制器的产生PLC的产生、定义及发展1.1继电器接触器控制系统缺点：1）接线复杂，查找故障困难，人力资源消耗大；2）可靠性低，触点已损坏；3）适应性和灵活性较差。当今社会要求：生产设备和生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性。2020/2/27背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。一、可编程序控制器的产生2020/2/27一、可编程序控制器的产生GM公司提出了研制新型控制装置的十项指标：(1)编程简单，可在现场修改和调试程序；(2)价格便宜，性价比高于继电器控制系统；(3)可靠性高于继电器控制系统；(4)体积小于继电器控制柜的体积，能耗少；(5)能与计算机系统数据通信；1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27一、可编程序控制器的产生(6)输入量是交流115V电压信号（美国电网电压是110V）；(7)输出量是交流115V电压信号、输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀等；(8)具有灵活的扩展能力；(9)硬件维护方便，采用插入式模块结构；(10)用户存储器容量至少在4KB以上。1.1十项指标：PLC的产生、定义及发展2020/2/27一、可编程序控制器的产生从上述10项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。其核心为以下四点：(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入/输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/271969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台可编程控制器，型号为PDP-14，并成功应用于工业现场。一、可编程序控制器的产生2020/2/27二、可编程序控制器的定义什么是PLC？是一种工业控制装置。是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27二、可编程序控制器的定义1987年，国际电工委员会（IEC）定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27三、可编程序控制器的发展1.1PLC的产生、定义及发展20世纪60年代——起始阶段软件功能：只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面：存储容量小，用户指令很少，机型单一。进入70年代增加了数值运算、计算机接口、模拟量控制等功能；软件开发有自诊断程序，程序存储开始使用EPROM;可靠性进一步提高；结构上开始有模块式和整体式的区分。2020/2/27三、可编程序控制器的发展1.1PLC的产生、定义及发展70年代后期和80年代初期：增加了多种特殊功能，如浮点运算、三角函数、查表等；开始向多处理器发展，使其功能和处理速度大为增强；并具有通信和远程I/O能力；自诊断和容错技术也迅速发展。80年代后期到90年代中期：随着计算机和网络技术的普及应用，超大规模集成电路、门阵列以及专用集成电路的迅速发展，可编程序控制器的CPU已发展为由16位或32位微处理器构成，处理速度得到很大提高，同时，还引入了高速计数、中断、PID、运动控制等功能。2020/2/27三、可编程序控制器的发展高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。1.1PLC的产生、定义及发展PLC的发展趋势：2020/2/27三、可编程序控制器的发展向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。三、可编程序控制器的发展1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。三、可编程序控制器的发展1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27四、我国PLC的发展我国则是从成套设备及PLC引进、消化移植、合资生产到广泛应用。发达国家PLC的发展是从研制、开发、生产到应用。大致可划分为下述三个阶段：(1)PLC的初级认识阶段（70年代后期-80年代初期）(2)PLC的引进应用和消化移植阶段（80年代初-90年代初）(3)PLC的广泛发展阶段（90年代初期到现在）1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27南京嘉华的JH200（I/O为12到120点，有高速计数器和模拟量功能）；杭州新箭公司的D20P和D100；南大傲拓的NA200小型PLC。同时，也开始出现一些中大规模的PLC：交通部上海船舶运输研究所的STI2000，I/O为256点，多台联网时I/O可达4096点。代表产品有：主要应用场合：实验室和军事领域。四、我国PLC的发展1.1PLC的产生、定义及发展2020/2/27一、可编程序控制器的主要功能1.开关逻辑和顺序控制2.模拟量控制（A/D和D/A控制）3.定时/计数控制4.运动控制5.数据处理6.通信联网可编程序控制器的主要功能及特点1.22020/2/27二、可编程序控制器的特点可编程序控制器的主要功能及特点1.2无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，控制程序可变，使用方便；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；编程简单，容易掌握；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量小，维护方便；体积小，能耗低。2020/2/27一、按点数和容量分类可编程序控制器的分类1.3（1）超小型机：I/O点数为64点以内，内存容量为256～1000字节；（2）小型机：I/O点数为64～256，内存容量为1～3.6K字节；（3）中型机：I/O点数为256～1024，内存容量为3.6～13K字节；（4）大型机：I/O点数为1024以上，内存容量为13K字节以上。2020/2/27二、按结构形式分类可编程序控制器的分类1.31)整体式结构一般的小型及超小型PLC多为整体式结构，这种可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。西门子公司的S7-200系列PLC为整体式结构。2)模块式结构--------又叫积木式。特点:把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。2020/2/272020/2/27三、按生产厂家分类可编程序控制器的分类1.3日本立石（欧姆龙OMRON）公司的C系列可编程序控制器；德国西门子（SIEMENS）公司的S5、S7系列。日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列；日本松下（PANASONIC）电工公司的FP1系列；美国（A-B）公司的PLC-5系列；美国通用电气GE-Fanuc公司公司的RX3i系列。2020/2/272020/2/27日本松下2020/2/272020/2/272020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/271.4可编程控制器的应用领域2020/2/27本章小结掌握PLC的定义、功能、分类及特点；了解PLC产生、发展。2020/2/27ENDTHE